液状化防止工法
【課題】簡単かつ均一に気泡の配置ができる液状化防止工法を提供することである。
【解決手段】液状化防止工法１は、砂層地盤２に、該砂層地盤２の温度よりも低い温度のガス溶存溶液３を注入して浸透させた後、該ガス溶存溶液３の温度の上昇にともなって溶存ガスを微少な気泡にすることである。
【解決手段】液状化防止工法１は、砂層地盤２に、該砂層地盤２の温度よりも低い温度のガス溶存溶液３を注入して浸透させた後、該ガス溶存溶液３の温度の上昇にともなって溶存ガスを微少な気泡にすることである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は液状化防止工法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
砂層地盤中に空気を送り込み、該砂層地盤中の不飽和度を高めると地震の震動による過剰間隙水の上昇過程が完全飽和に比べて遅れることから液状化しにくい砂層地盤になることが分かっている。図４によると砂層地盤内の間隙圧係数（Ｂ値）と液状化にいたるまでの繰り返し回数との関係が示されており、間隙圧係数は裁荷による過剰間隙水圧の上昇値と主応力の増分の比で表される値であり、地盤内部の飽和度が増し、完全飽和状態になると１００％となる値である。この図から間隙圧係数を０．１程度下げることにより、液状化に至る繰り返し回数は１０倍大きくなることがわかる。すなわち、間隙圧係数を低下させることにより地盤の液状化強度は上昇する。そこで地盤を不飽和状態にするための施工法として、例えば、（１）矢板などで矩形に囲い込んだ地盤中の地下水を低下させて空気を送り込んだ後、再度地下水を上昇させて不飽和地盤を形成する工法（特開平８−３９７５号公報）、（２）地盤内に空気を送り込む工法（特開２０００−３４７３６号公報）、（３）地下水圧よりも高い圧力で空気を溶存させた水を地中に注入する工法（特開２００１−１９３０４８号公報）が提案されている。
【特許文献１】特開平８−３９７５号公報
【特許文献２】特開２０００−３４７３６号公報
【特許文献３】特開２００１−１９３０４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記の（１）の工法では、確率的に均一な不飽和地盤が形成されるが、不飽和度の調整が難しいため矢板で囲むなどの補助的な施工が必要でありコストがかかるという問題があった。また（２）および（３）の工法では、注入地点からの距離により気泡の量が変化して均一な気泡の配置が困難であるという問題があった。
【０００４】
本願発明は上記のような問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡単かつ均一に気泡の配置ができる液状化防止工法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
以上の課題を解決するための液状化防止工法は、砂層地盤に、該砂層地盤の温度よりも低い温度のガス溶存溶液を注入して浸透させた後、該ガス溶存溶液の温度の上昇にともなって溶存ガスを微少な気泡にすることを特徴とする。またガス溶存溶液は、水にガスを溶存させたガス溶存水溶液、シリカ水溶液にガスを溶存させたガス溶存シリカ水溶液、またはシリカ水溶液とガス溶存水溶液とを混合したガス溶存シリカ水溶液のいずれかであることを含むものである。また、ここにおいて砂層地盤への打設時におけるシリカ水溶液中のシリカ濃度（ＳｉＯ２濃度）は重量で１〜１０％のものを使用する。またシリカ濃度が１％未満の場合は効果が発揮されず、シリカ濃度が１０％を超える場合は施工が困難になり、かつ均等に分散できないという不具合がある。
【発明の効果】
【０００６】
砂層地盤中に注入された低温のガス溶存溶液は、砂層地盤を浸透するうちに水温が地下水の温度まで上昇する。これに伴って溶液中の溶存可能なガス量が少なくなることから、溶存していたガスは微少な気泡となる。このため水温と溶存可能なガス量が事前に把握できて、地下水の温度と溶液の水温との温度差から溶液の温度上昇の経時変化が予想可能であるため、微少な気泡を均一かつ定量的に砂層地盤内に配置することができ、砂層地盤の液状化強度を増加させることができる。またガス溶存シリカ水溶液は微少な気泡が発生した後に固結するため、気泡が永久に固定されて、砂層地盤の液状化強度の増加を恒久的にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本願発明の液状化防止工法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。この液状化防止工法は飽和した砂層地盤を対象とし、この砂層地盤よりも低温のガス溶存溶液を注入し、この溶存ガスを微少な気泡にして飽和度を低下させることにより地震時における砂層地盤の液状化を防止するものである。またこの工法における各実施の形態において同じ構成は同じ符号を付して説明し、異なった構成は異なった符号を付して説明する。
【０００８】
図１は第１の実施の形態の液状化防止工法１であり、この液状化防止工法１は、まず液状化対象の砂層地盤２よりも低温の水を曝気して、この水中にＣＯ２を溶存させたＣＯ２溶存水溶液３を製造する。例えば、水へのＣＯ２の溶解度は、水温が０℃の場合、水の体積の１７１％（０℃、１ａｔｍ）、１０℃の場合が１２５％、２０℃の場合が８８％であり、０℃の完全溶解状態の溶液を２０℃まで上昇させると、１ａｔｍ状態で体積の８３％の溶存ガスが気泡化する。
【０００９】
そこで、例えば水温が２０℃の砂層地盤２に、これよりも低温のＣＯ２溶存水溶液３、例えば５℃〜１２℃のＣＯ２溶存水溶液３をポンプ４によって注入孔５の注入用外管６から砂層地盤２に注入する。そして、このＣＯ２溶存水溶液３が砂層地盤２中を浸透するうちに２０℃の水温まで上昇することにより溶存ガス(ＣＯ２)が気泡化する。これにより微少な気泡を砂層地盤２中の間隙に配置することができる。
【００１０】
これは、例えば、１０００ｃｃの飽和地盤の場合、土粒子が体積の約５０％、間隙水が５０％であったとすると、ＣＯ２が完全溶解した１０℃で５００ｃｃの間隙水が２０℃になると、気泡化するＣＯ２は、１８５ｃｃ（２０℃、１ａｔｍ）となるため、ＣＯ２が気泡化する際には、間隙圧係数（Ｂ値）は大幅に減少する。
【００１１】
この溶存ガス(ＣＯ２)の気泡化は２時間程度であり、注入時間も２〜４時間程度と同程度であるため、気泡を砂層地盤２内に均一に配置することができて、砂層地盤２中の不飽和度を高めて液状化強度を上昇させることができる。これは従来のように砂層地盤２中に気泡を直接注入するのではなく、砂層地盤２中に浸透させた水溶液の溶存ガス(ＣＯ２)を気泡化させるので、気泡を砂層地盤内に均一に配置することができる。
【００１２】
また図２は第２の実施の形態の液状化防止工法７であり、この液状化防止工法７はシリカ水溶液８と、ＣＯ２を溶存させたＣＯ２溶存水溶液３とを混合して製造したＣＯ２溶存シリカ水溶液９を使用するものである。これは低温のＣＯ２溶存水溶液３を砂層地盤２中に注入し続けなくても長期的に一定の液状化防止効果を保持することを可能にするものである。
【００１３】
これは、図２に示すように、まず固結時間が２〜１０時間で１５℃のシリカ水溶液８と、ほぼ同量のＣＯ２を溶存させた５℃程度のＣＯ２溶存水溶液３を製造する。そして、このシリカ水溶液（３０〜７０重量％）８と、ＣＯ２溶存水溶液（３０〜７０重量％）３とを攪拌混合して、砂層地盤２の水温よりも低温の１０℃のＣＯ２溶存シリカ水溶液９を製造する。このＣＯ２溶存シリカ水溶液９中のシリカ濃度（ＳｉＯ２濃度）は重量で１〜１０％である。そして、これを上記と同じ方法で砂層地盤２に注入すると、これが砂層地盤２中を浸透するうちに２０℃まで上昇することにより溶存ガス(ＣＯ２)が気泡化する。これにより微少な気泡を砂層地盤２の間隙に配置することができる。
【００１４】
この溶存ガス(ＣＯ２)の気泡化は２時間程度で行われるため、固結時間が２〜１０時間のＣＯ２溶存シリカ水溶液９が固結する前に砂層地盤２内に気泡を均一に配置することができる。したがって、気泡が均一に配置された後に、ＣＯ２溶存シリカ水溶液９がゲル状に固結して均一配置の気泡が永久に固定されるため、不飽和度が高められて液状化強度の上昇を恒久的にすることが可能になる。このため低温のＣＯ２溶存水溶液３を砂層地盤２中に注入し続けなくても長期的に一定の液状化防止効果を保持することが可能になる。
【００１５】
また図３は第３の実施の形態の液状化防止工法１０であり、この液状化防止工法１０は固結時間が２〜１０時間のシリカ水溶液８にＣＯ２を溶存させて製造したＣＯ２溶存シリカ水溶液９を使用するものである。
【００１６】
これは、図３に示すように、まず液状化対象の砂層地盤２の土中温度（２０℃）よりも低温の１０℃のシリカ水溶液８を曝気して、このシリカ水溶液８中にＣＯ２を溶存させたＣＯ２溶存シリカ水溶液９を製造する。このＣＯ２溶存シリカ水溶液９中のシリカ濃度（ＳｉＯ２濃度）は重量で１〜１０％である。そして、これを上記と同じ方法で砂層地盤２に注入すると、これが砂層地盤２中を浸透するうちに土中温度（２０℃）まで上昇することにより溶存ガス(ＣＯ２)が気泡化する。これにより微少な気泡を砂層地盤２の間隙に配置することができる。よって、上記と同様に、ＣＯ２溶存シリカ水溶液９がゲル状に固結して均一配置の気泡が永久に固定されるため、不飽和度が高められて液状化強度の上昇を恒久的にすることが可能になる。
【００１７】
なお、上記の第１〜第３の実施の形態の液状化防止工法１、７、１０においてガス溶存水溶液はＣＯ２溶存水溶液３を対象として説明したが、これはＣＯ２溶存水溶液３に限らず、液状化対象の砂層地盤２よりも低温の水を曝気して、この水中に空気を溶存させた空気溶存水溶液を使用することもできる。すなわち溶存ガスとしてＣＯ２の他に空気を使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１の実施の形態の液状化防止工法の断面図である。
【図２】第２の実施の形態の液状化防止工法の断面図である。
【図３】第３の実施の形態の液状化防止工法の断面図である。
【図４】液状化強度曲線を表した図である。
【符号の説明】
【００１９】
１、７、１０ 液状化防止工法
２ 砂層地盤
３ ＣＯ２溶存水溶液
４ ポンプ
５ 注入孔
６ 注入用外管
８ シリカ水溶液
９ ＣＯ２溶存シリカ水溶液
【技術分野】
【０００１】
本願発明は液状化防止工法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
砂層地盤中に空気を送り込み、該砂層地盤中の不飽和度を高めると地震の震動による過剰間隙水の上昇過程が完全飽和に比べて遅れることから液状化しにくい砂層地盤になることが分かっている。図４によると砂層地盤内の間隙圧係数（Ｂ値）と液状化にいたるまでの繰り返し回数との関係が示されており、間隙圧係数は裁荷による過剰間隙水圧の上昇値と主応力の増分の比で表される値であり、地盤内部の飽和度が増し、完全飽和状態になると１００％となる値である。この図から間隙圧係数を０．１程度下げることにより、液状化に至る繰り返し回数は１０倍大きくなることがわかる。すなわち、間隙圧係数を低下させることにより地盤の液状化強度は上昇する。そこで地盤を不飽和状態にするための施工法として、例えば、（１）矢板などで矩形に囲い込んだ地盤中の地下水を低下させて空気を送り込んだ後、再度地下水を上昇させて不飽和地盤を形成する工法（特開平８−３９７５号公報）、（２）地盤内に空気を送り込む工法（特開２０００−３４７３６号公報）、（３）地下水圧よりも高い圧力で空気を溶存させた水を地中に注入する工法（特開２００１−１９３０４８号公報）が提案されている。
【特許文献１】特開平８−３９７５号公報
【特許文献２】特開２０００−３４７３６号公報
【特許文献３】特開２００１−１９３０４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記の（１）の工法では、確率的に均一な不飽和地盤が形成されるが、不飽和度の調整が難しいため矢板で囲むなどの補助的な施工が必要でありコストがかかるという問題があった。また（２）および（３）の工法では、注入地点からの距離により気泡の量が変化して均一な気泡の配置が困難であるという問題があった。
【０００４】
本願発明は上記のような問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡単かつ均一に気泡の配置ができる液状化防止工法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
以上の課題を解決するための液状化防止工法は、砂層地盤に、該砂層地盤の温度よりも低い温度のガス溶存溶液を注入して浸透させた後、該ガス溶存溶液の温度の上昇にともなって溶存ガスを微少な気泡にすることを特徴とする。またガス溶存溶液は、水にガスを溶存させたガス溶存水溶液、シリカ水溶液にガスを溶存させたガス溶存シリカ水溶液、またはシリカ水溶液とガス溶存水溶液とを混合したガス溶存シリカ水溶液のいずれかであることを含むものである。また、ここにおいて砂層地盤への打設時におけるシリカ水溶液中のシリカ濃度（ＳｉＯ２濃度）は重量で１〜１０％のものを使用する。またシリカ濃度が１％未満の場合は効果が発揮されず、シリカ濃度が１０％を超える場合は施工が困難になり、かつ均等に分散できないという不具合がある。
【発明の効果】
【０００６】
砂層地盤中に注入された低温のガス溶存溶液は、砂層地盤を浸透するうちに水温が地下水の温度まで上昇する。これに伴って溶液中の溶存可能なガス量が少なくなることから、溶存していたガスは微少な気泡となる。このため水温と溶存可能なガス量が事前に把握できて、地下水の温度と溶液の水温との温度差から溶液の温度上昇の経時変化が予想可能であるため、微少な気泡を均一かつ定量的に砂層地盤内に配置することができ、砂層地盤の液状化強度を増加させることができる。またガス溶存シリカ水溶液は微少な気泡が発生した後に固結するため、気泡が永久に固定されて、砂層地盤の液状化強度の増加を恒久的にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本願発明の液状化防止工法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。この液状化防止工法は飽和した砂層地盤を対象とし、この砂層地盤よりも低温のガス溶存溶液を注入し、この溶存ガスを微少な気泡にして飽和度を低下させることにより地震時における砂層地盤の液状化を防止するものである。またこの工法における各実施の形態において同じ構成は同じ符号を付して説明し、異なった構成は異なった符号を付して説明する。
【０００８】
図１は第１の実施の形態の液状化防止工法１であり、この液状化防止工法１は、まず液状化対象の砂層地盤２よりも低温の水を曝気して、この水中にＣＯ２を溶存させたＣＯ２溶存水溶液３を製造する。例えば、水へのＣＯ２の溶解度は、水温が０℃の場合、水の体積の１７１％（０℃、１ａｔｍ）、１０℃の場合が１２５％、２０℃の場合が８８％であり、０℃の完全溶解状態の溶液を２０℃まで上昇させると、１ａｔｍ状態で体積の８３％の溶存ガスが気泡化する。
【０００９】
そこで、例えば水温が２０℃の砂層地盤２に、これよりも低温のＣＯ２溶存水溶液３、例えば５℃〜１２℃のＣＯ２溶存水溶液３をポンプ４によって注入孔５の注入用外管６から砂層地盤２に注入する。そして、このＣＯ２溶存水溶液３が砂層地盤２中を浸透するうちに２０℃の水温まで上昇することにより溶存ガス(ＣＯ２)が気泡化する。これにより微少な気泡を砂層地盤２中の間隙に配置することができる。
【００１０】
これは、例えば、１０００ｃｃの飽和地盤の場合、土粒子が体積の約５０％、間隙水が５０％であったとすると、ＣＯ２が完全溶解した１０℃で５００ｃｃの間隙水が２０℃になると、気泡化するＣＯ２は、１８５ｃｃ（２０℃、１ａｔｍ）となるため、ＣＯ２が気泡化する際には、間隙圧係数（Ｂ値）は大幅に減少する。
【００１１】
この溶存ガス(ＣＯ２)の気泡化は２時間程度であり、注入時間も２〜４時間程度と同程度であるため、気泡を砂層地盤２内に均一に配置することができて、砂層地盤２中の不飽和度を高めて液状化強度を上昇させることができる。これは従来のように砂層地盤２中に気泡を直接注入するのではなく、砂層地盤２中に浸透させた水溶液の溶存ガス(ＣＯ２)を気泡化させるので、気泡を砂層地盤内に均一に配置することができる。
【００１２】
また図２は第２の実施の形態の液状化防止工法７であり、この液状化防止工法７はシリカ水溶液８と、ＣＯ２を溶存させたＣＯ２溶存水溶液３とを混合して製造したＣＯ２溶存シリカ水溶液９を使用するものである。これは低温のＣＯ２溶存水溶液３を砂層地盤２中に注入し続けなくても長期的に一定の液状化防止効果を保持することを可能にするものである。
【００１３】
これは、図２に示すように、まず固結時間が２〜１０時間で１５℃のシリカ水溶液８と、ほぼ同量のＣＯ２を溶存させた５℃程度のＣＯ２溶存水溶液３を製造する。そして、このシリカ水溶液（３０〜７０重量％）８と、ＣＯ２溶存水溶液（３０〜７０重量％）３とを攪拌混合して、砂層地盤２の水温よりも低温の１０℃のＣＯ２溶存シリカ水溶液９を製造する。このＣＯ２溶存シリカ水溶液９中のシリカ濃度（ＳｉＯ２濃度）は重量で１〜１０％である。そして、これを上記と同じ方法で砂層地盤２に注入すると、これが砂層地盤２中を浸透するうちに２０℃まで上昇することにより溶存ガス(ＣＯ２)が気泡化する。これにより微少な気泡を砂層地盤２の間隙に配置することができる。
【００１４】
この溶存ガス(ＣＯ２)の気泡化は２時間程度で行われるため、固結時間が２〜１０時間のＣＯ２溶存シリカ水溶液９が固結する前に砂層地盤２内に気泡を均一に配置することができる。したがって、気泡が均一に配置された後に、ＣＯ２溶存シリカ水溶液９がゲル状に固結して均一配置の気泡が永久に固定されるため、不飽和度が高められて液状化強度の上昇を恒久的にすることが可能になる。このため低温のＣＯ２溶存水溶液３を砂層地盤２中に注入し続けなくても長期的に一定の液状化防止効果を保持することが可能になる。
【００１５】
また図３は第３の実施の形態の液状化防止工法１０であり、この液状化防止工法１０は固結時間が２〜１０時間のシリカ水溶液８にＣＯ２を溶存させて製造したＣＯ２溶存シリカ水溶液９を使用するものである。
【００１６】
これは、図３に示すように、まず液状化対象の砂層地盤２の土中温度（２０℃）よりも低温の１０℃のシリカ水溶液８を曝気して、このシリカ水溶液８中にＣＯ２を溶存させたＣＯ２溶存シリカ水溶液９を製造する。このＣＯ２溶存シリカ水溶液９中のシリカ濃度（ＳｉＯ２濃度）は重量で１〜１０％である。そして、これを上記と同じ方法で砂層地盤２に注入すると、これが砂層地盤２中を浸透するうちに土中温度（２０℃）まで上昇することにより溶存ガス(ＣＯ２)が気泡化する。これにより微少な気泡を砂層地盤２の間隙に配置することができる。よって、上記と同様に、ＣＯ２溶存シリカ水溶液９がゲル状に固結して均一配置の気泡が永久に固定されるため、不飽和度が高められて液状化強度の上昇を恒久的にすることが可能になる。
【００１７】
なお、上記の第１〜第３の実施の形態の液状化防止工法１、７、１０においてガス溶存水溶液はＣＯ２溶存水溶液３を対象として説明したが、これはＣＯ２溶存水溶液３に限らず、液状化対象の砂層地盤２よりも低温の水を曝気して、この水中に空気を溶存させた空気溶存水溶液を使用することもできる。すなわち溶存ガスとしてＣＯ２の他に空気を使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１の実施の形態の液状化防止工法の断面図である。
【図２】第２の実施の形態の液状化防止工法の断面図である。
【図３】第３の実施の形態の液状化防止工法の断面図である。
【図４】液状化強度曲線を表した図である。
【符号の説明】
【００１９】
１、７、１０ 液状化防止工法
２ 砂層地盤
３ ＣＯ２溶存水溶液
４ ポンプ
５ 注入孔
６ 注入用外管
８ シリカ水溶液
９ ＣＯ２溶存シリカ水溶液
【特許請求の範囲】
【請求項１】
砂層地盤に、該砂層地盤の温度よりも低い温度のガス溶存溶液を注入して浸透させた後、該ガス溶存溶液の温度の上昇にともなって溶存ガスを微少な気泡にすることを特徴とする液状化防止工法。
【請求項２】
ガス溶存溶液は、水にガスを溶存させたガス溶存水溶液、シリカ水溶液にガスを溶存させたガス溶存シリカ水溶液、またはシリカ水溶液とガス溶存水溶液とを混合したガス溶存シリカ水溶液のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の液状化防止工法。
【請求項１】
砂層地盤に、該砂層地盤の温度よりも低い温度のガス溶存溶液を注入して浸透させた後、該ガス溶存溶液の温度の上昇にともなって溶存ガスを微少な気泡にすることを特徴とする液状化防止工法。
【請求項２】
ガス溶存溶液は、水にガスを溶存させたガス溶存水溶液、シリカ水溶液にガスを溶存させたガス溶存シリカ水溶液、またはシリカ水溶液とガス溶存水溶液とを混合したガス溶存シリカ水溶液のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の液状化防止工法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００８−３８３７９（Ｐ２００８−３８３７９Ａ）
【公開日】平成２０年２月２１日（２００８．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２１０９１７（Ｐ２００６−２１０９１７）
【出願日】平成１８年８月２日（２００６．８．２）
【出願人】（５０１２４１９１１）独立行政法人港湾空港技術研究所 (84)
【出願人】（５０４１４５３４２）国立大学法人九州大学 (960)
【出願人】（０００１６６６２７）五洋建設株式会社 (364)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年２月２１日（２００８．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年８月２日（２００６．８．２）
【出願人】（５０１２４１９１１）独立行政法人港湾空港技術研究所 (84)
【出願人】（５０４１４５３４２）国立大学法人九州大学 (960)
【出願人】（０００１６６６２７）五洋建設株式会社 (364)
【Ｆターム（参考）】
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